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復合鋼工件及其制造方法

文檔序號:4482414閱讀:291來源:國知局
專利名稱:復合鋼工件及其制造方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種復合鋼工件或一種機器零件,它是一個至少有一個縱向孔的料筒,該料筒最好至少有一部分外表面形成柱形,沿一個或幾個孔的周圍至少有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,經(jīng)過例如壓、鍛、軋等工藝,它與料筒形成復合金屬或金屬的連接。此外,本發(fā)明還涉及此種復合鋼工件的制造方法。
本發(fā)明的目的是提出一種制造復合鋼工件的簡易方法。這種工件的內(nèi)側(cè)是耐腐蝕和/或耐磨損的,并能滿足工作中對它們所提出的全部要求。特別是這種復合鋼工件應當滿足實際工作中對它們所提出的形狀和結(jié)構(gòu)方面的要求,并仍應具有足夠的強度,這種復合工件或機器零件在數(shù)量級為1000至2000巴的內(nèi)壓、往往為高的腐蝕應力、以及尤其是在塑料加工中常用的填料作用下,遭受很大的磨損。已經(jīng)證實,某些填料如玻璃纖維可使這些零件的使用壽命降至原始值的1/10。尤其是在壓鑄機中,螺桿和料筒之間的最大允許間隙約為0.25毫米,因此可以推斷磨損率在這里意味著什么。機器制造廠為了解決這一技術問題已經(jīng)作出了巨大的努力。
對本文開始所述類型的復合工件通過以下所述達到上述目的,即尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送器,在料筒內(nèi)的孔具有與圓形不同的截面形狀,例如至少由兩個搭接的圓構(gòu)成的形狀;其剖面同樣為非圓形的襯套,它與料筒之間的金屬復合面沿其周長與料筒的外表面之間有不同的法向距離。還可以設計成另一種型式,即尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在料筒內(nèi)的圓孔相對于料筒中心是偏心的,其剖面同樣為圓形的襯套和料筒之間的金屬復合面,沿其周長與料筒外表面之間有不同的法向距離。
按照本發(fā)明,本文開始所述類型的方法,其特征為,尤其是為了構(gòu)成一個塑料加工用的由復合鋼制成的雙螺桿或多螺桿輸送機,在所需要的一個或幾個孔處,至少設一個芯體的料筒與此一個或幾個芯體一起在加溫下受到尤其是使橫截面減小的變形,從而使芯體的橫截面成為非圓形以及在一個或幾個芯體內(nèi)加工一個或幾個孔。另一種方案可以是,尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的復合鋼制雙螺桿或多螺桿輸送機,在所需一個或幾個孔的地方至少設一個芯體的料筒,它與此一個或幾個芯體一起受到尤其是使橫截面減小的熱變形,從而使圓形的芯體相對于料筒中心偏心,或使圓形芯體處于相對于料筒外表面距離不同的位置,并在此芯體中加工一個或幾個孔。
有了按本發(fā)明的復合鋼工件,可以基本上滿足在實際工作中對它提出的所有形狀和強度方面的要求。
本發(fā)明的最佳實施例可從以下的介紹、附圖和從屬權(quán)利要求加以了解。
下面借助于附圖作為舉例詳細介紹本發(fā)明。

圖1a、1b、1c和圖2a和2b以及圖3a和3c表示了制造方法的不同階段和不同的復合鋼工件剖面;圖4和5表示工件不同的原始狀態(tài)和最終成品的剖面,以及圖6示意表示了實施本發(fā)明方法的一種設備。
按本發(fā)明的方法是從制造內(nèi)設一個芯體的料筒出發(fā),此帶有芯體的料筒在加溫情況下使橫截面減小,以便達到芯體和料筒之間的金屬復合。為此,在一根用作料筒的金屬棒或金屬型材中加工一個(或多個)孔,孔中置入一個或多個準確配合作為芯體的金屬桿,置入前先要清洗料筒內(nèi)表面和芯體外表面。料筒兩端在抽真空后閉合成封氣的,以避免在這以后進行的加熱處理工序中被氧化,金屬的復合是在此加工溫度下進行的,此溫度最好為約1000至1260℃。
圖1a表示塑料加工用的復合鋼柱體剖面,它有料筒1和裝在料筒內(nèi)分成兩部分的芯體2′和3′。制成這一工件是通過在一個圓柱形金屬棒內(nèi)鉆一個偏心孔,隨后在此孔內(nèi)裝入一個芯體3′,接著加工另一個與此已有孔搭接的孔。在加工此另一個孔時被局部切除的芯體3′和另一個芯體2′,與孔的內(nèi)表面一樣經(jīng)過清洗后重新裝入孔中(例如用酒精、三氯乙烯等)。封閉兩端(例如焊上一塊板并抽真空)后,這一工件在1180℃下經(jīng)受一次加熱變形即橫截面減小,也就是進行熱鍛。圖1b中展開表示了所得之復合鋼工件,其中芯體2′、3′和料筒1通過金屬復合而連接在一起。通過在芯體2′、3′中加工另外兩個互相搭接的孔形成一個孔3,它由芯體材料構(gòu)成的襯套4所包圍。
出人意料的是,這兩個芯體的材料盡管有高的含碳量或有時含有高碳化物,也成為了一種復合金屬。這兩個互相重疊的圓構(gòu)成的孔3被這兩個芯體的材料所封閉,孔3被襯套4包圍,襯套4與料筒1成復合金屬;芯體之間制成一種復合金屬,它成為一個整體襯套,而襯套本身又通過金屬復合與料筒1連接起來。利用這種結(jié)構(gòu)可以使在含高碳和/或含高碳化物的硬的襯套材料中出現(xiàn)的應力,被料筒1的韌性合金材料良好地吸收,從而避免在襯套4中產(chǎn)生裂紋和缺口。因為在鍛、壓或軋的過程中可以有效地控制橫截面的減小,所以可以使在適當?shù)臏囟认逻M行的裝在料筒中芯體的變形比較均勻,并因而近似地或良好地保持芯體的橫截面形狀,所以原來例如為圓形的芯體中可以加工圓孔,它使襯套4的厚度基本上是均勻的。由于芯體部分2′、3′連在一起以及非圓襯套4在非圓孔3中的匹配,大大避免了由于襯套4厚度不均造成的應力,或使傳遞給襯套的應力均勻化。
圖2a表示矩形料筒1的剖面,在它的中央置有一個圓形芯體2。通過料筒1的熱變形,使表示在圖2b中的約為正方形橫截面的料筒具有一個變長的或橢圓形的芯體。接著加工兩個互相搭接的孔,從而制成孔3,它如同例如安裝塑料加工用的雙螺桿時所要求的那樣。
最好借助于下列公式來計算K=〔 V(4XD+D2ππ) 〕]]>H= (KS)/(D) B=K+S-x-D其中K=芯體φH=毛坯高度x=軸線距離B=毛坯寬度D=擴大了的孔的φV=鍛壓度S=鍛壓后四邊的側(cè)面長度。
圖3a表示了一種圓柱形料筒1,其中置入一個基本上與之同心的芯體2。通過例如在加溫情況下的壓制,使料筒變形成為一個兩側(cè)壓平的柱體。在橢圓的或長圓的芯體中鉆出如圖3b所示那樣的搭接的孔3。之后,在圖3b中所表示的復合鋼工件便可車削成圖3c所示的工件。
業(yè)已證明,按本發(fā)明的方法可以簡單的方式方便和準確地制成非圓的或偏心的孔。
通常在加溫下進行鍛、壓或軋來實現(xiàn)工件的變形或橫截面減小。若工件如圖1a所表示的那樣,則應當采用鍛造,故將它夾緊在一個鍛造作機5中,如圖6所示。操作機5將工件1送往縱向鍛壓機6,從那里出來后工件到達另一個操作機7中,操作機5、7用來在縱向鍛壓過程中導引和進一步移動或轉(zhuǎn)動工件。為了避免用操作機在縱向鍛壓中鍛壓時引起工件或其非圓的芯體扭轉(zhuǎn),從而使這種芯體在這之后可能無法鉆孔,故按本發(fā)明,此工件將其A和B兩端交替地送往縱向鍛壓機6,也就是說,此工件在每鍛壓一次后轉(zhuǎn)180°,并重新進行鍛壓,以此基本上避免不希望出現(xiàn)的芯體扭轉(zhuǎn)。此外,每一次鍛壓均在相同條件下進行,特別是按同樣的進給量或同樣的轉(zhuǎn)動量。當然,可以使橫截面減小或變形率是變化的,以考慮前一次鍛壓中出現(xiàn)的變形或橫截面變化,以便使彼此相繼的鍛壓時實際上得到相同的變形或橫截面改變。
最好使用具有上下鍛模的鍛壓機,或用具有錐形錘的雙錘或多錘鍛,或用具有錐形模的壓力機。通過軋制使橫截面減小,特別適合于制造長的復合鋼工件。
圖4的上面一排表示了帶有芯體2的料筒1不同的原始形狀,下排表示經(jīng)過橫截面減小后得到的各種不同的均加工有孔3的復合鋼工件,孔3以作為襯套4的芯體2的剩余部分為界。圖4a所示的復合鋼工件中裝入兩個芯體,它們在料筒1變形成為正方形的過程中變形為橢圓,在它們上面加工兩個互不相關的或互相搭接的孔3。
按圖4b的矩形料筒中有一個基本上為矩形的芯體2。橫截面減小后,例如通過電火花加工在芯體材料上加工出一個基本上為矩形的孔3。
按圖4c的復合鋼工件表示了一個矩形料筒,它被置入一個橢圓形或長圓形的芯體;鉆出三個彼此搭接的孔3后得到如圖所示的工件。
由圖4d和4e可看出,在料筒1中芯體的形狀和橫截面減小的類型,影響在成品復合鋼工件中孔的襯套的形狀。可以看出,圖4d所表示的復合鋼工件中襯套4的周圍形狀與芯體2的形狀相似,在圖4c和4e的復合鋼工件中也表示了這種情形,而它們從矩形或正方形橫截面減小成八角形。
鍛造料筒時,最好設一對平面鍛模和一對彎曲的鍛模,其中,彎曲的鍛模特別作用在與芯體縱向延伸平行的側(cè)面上。
圖5表示了復合鋼工件的一個前視圖,工件被制成具有圓形橫截面的料筒1。圖5a表示一種帶矩形芯體的料筒,在變形或制成復合金屬后,在它里面形成一個矩形孔3。按圖5b的復合工件是由一個其中不對稱地置有一個圓形芯體的料筒1所構(gòu)成。在加溫下橫截面減小和鉆孔后,得到一個處于不對稱位置并基本上為圓形的孔3,此孔被襯套4所圍繞。另外的沒有襯套的孔8在事后再補充加工在料筒1中。圖5c所示之復合鋼工件從一個處于不對稱位置的圓形芯體出發(fā)進行制造,不對稱地減小料筒1的橫截面,使芯體材料中制成的孔3的襯套4的形狀不對稱。
如圖5d的復合鋼工件所示,也還可以在圓形料筒1中置入多個芯體2,它們本身均又由多個零件構(gòu)成,并在變形后在它上面設彼此搭接或彼此分開的孔3。圖5e所示的復合鋼工件包括一個具有已裝入的三角形芯體2的料筒1,變形后在芯體中加工出孔3。
若要在欲裝入芯體的料筒中或在欲設孔3的已變形的芯體中加工兩個或多個互相搭接的孔,則最好這樣來進行,首先加工出一個孔,然后在此孔中裝入芯體,接著加工好第二個孔,并在此孔中置入一個補充此第一個局部被切去的芯體的另一個芯體。第一個芯體必須可靠地防止轉(zhuǎn)動,例如用一個在芯體和料筒之間分界面上的配合孔和裝入其中的配合螺栓,還必須可靠地防止移動,例如通過在分界面上構(gòu)成的孔中擰入一個螺釘。當采用了一種或多種可淬火的鋼時,則用焊接來制動芯體是不可能的。因為在使用乳化油鉆孔時,芯體如料筒內(nèi)表面那樣,同樣必須在構(gòu)成金屬復合前清洗。為了保護芯體在加熱變形時不會氧化,復合鋼工件的端面在變形工序前加以封閉。
熱鍛或壓制或軋制以構(gòu)成復合金屬是在1000和1260℃之間的溫度下尤其是在1170和1190℃之間進行的。
當成品復合鋼工件應承受例如機械加工,以便例如能針對它可能的應用情況,在外面安裝冷卻、加熱或固定裝置時,能改變芯體相對于料筒中心或料筒外表面的位置有特別的重要性。使芯體相對于料筒中心或外表面處于任意位置以及因而使復合鋼柱體具有有方向性的良好的強度特性的這種可能性,是迄今未知的,或由于在料筒和襯套中產(chǎn)生的應力而不能制造。按本發(fā)明可以制造不均勻的具有較薄襯套4的孔,特別是非圓形的孔3,因而在工作時因溫度改變而撓曲以及由于襯套太厚而使之斷裂的危險均得以避免,這些情況例如當在一個圓形芯體中加工了一個長圓孔時會出現(xiàn)的那樣。
如果所涉及的可裝在料筒的孔中的是非圓形芯體,那么可以在料筒中通過例如成形切削形成相應的正方形、矩形或其它形狀的孔,在孔中可置入配合的例如通過模壓等制成的同樣為正方形、矩形或其它形狀的芯體。
在復合鋼工件中加工的孔3也可以例如具有一個沿縱向變細的錐形的截面,做到這一點是通過加工階梯孔然后車削成錐形。
這樣做是有優(yōu)點的,即料筒座1由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的高強度和高韌性合金制成,例如結(jié)構(gòu)鋼或滲碳鋼;襯套4由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的最好是耐磨和/或耐腐蝕的合金制成,例如萊氏體鉻鋼,最好含有不少于11%的鉻,特別是至少含14%鉻和至少1%碳,最好至少1.8或2.3%碳;以及為了在合金之間構(gòu)成復合金屬而使料筒1和襯套4通過橫截面減小而變形。這些鋼材各自具有適當?shù)挠捕群晚g性,以便互相最適宜地支承,并尤其是可以使這些合金之間的金屬復合具有良好的結(jié)構(gòu)。這些金屬還可以在某些溫度下彼此一起良好地變形,所制成的復合工件隨后可以良好淬火。還可以使用通過添加一種或多種其它合金元素構(gòu)成上述合金類型的改型,其中對于萊氏體鉻鋼而言的添加元素特別可舉出為鉬、釩、鎢和鈷,總量不超過12%,對于不銹的鉻鋼則特別可舉出鉬、鎳、釩、鎢、鈷、鈦、鈮,總量不超過約6%。
權(quán)利要求
1.復合鋼工件或機器零件,它是一個至少設一個縱向孔的料筒,該料筒最好至少有一部分外表面形成柱形,沿一個或幾個孔的周圍至少有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,經(jīng)過例如壓、鍛、軋等工藝,它與料筒形成復合金屬或金屬的連接,其特征為尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在料筒(1)內(nèi)的孔(3)具有與圓形不同的截面形狀,例如至少由兩個搭接的圓構(gòu)成的形狀,其剖面同樣為非圓形的襯套(4),它與料筒(1)之間的金屬復合面(9)沿其周長與料筒(1)外表面之間有不同的法向距離。
2.復合鋼工件或機器零件,它是一個至少設一個孔的料筒,該料筒最好至少有一部分外表面形成柱形,沿一個或幾個孔的周圍至少有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,經(jīng)過例如壓、鍛、軋等工藝,它在加溫下與料筒形成復合金屬,其特征為尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在料筒(1)內(nèi)的圓孔(3)相對于料筒(1)中心是偏心的,而且剖面同樣為圓形的襯套(4)料筒(1)之間的金屬復合面(9),沿其周長與料筒(1)外表面之間有不同的法向距離。
3.按照權(quán)利要求1或2所述之復合鋼工件,其特征為孔(3)和/或襯套(4)相對于其中點同心對稱,或具有偶數(shù)的對稱軸,特別是雙軸對稱的。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述之復合鋼工件,其特征為金屬復合面(9)的剖面形狀基本上與被包圍的孔(3)的形狀相同,或襯套(4)沿孔(3)周圍的厚度盡可能保持相同。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述之復合鋼工件,其特征為每個孔(3)由一個襯套(4)包圍,或多個孔(3)共同由一個襯套(4)包圍。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述之復合鋼工件,其特征為襯套(4)由兩個或多個為構(gòu)成復合金屬而組合在一起的工件部分組成或加工而成。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述之復合鋼工件,其特征為孔(3)和/或襯套(4)相對于料筒(1)的中點中心對稱。
8.按權(quán)利要求1至7之一所述之復合鋼工件,其特征為料筒(1)由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的合金制成,例如結(jié)構(gòu)鋼或滲碳鋼;襯套(4)由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的最好是耐磨和/或耐腐蝕的合金制成,例如萊氏體鉻鋼,最好含有不少于11%的鉻,特別是至少含14%鉻和至少1%碳,最好至少1.8或2.3%碳;以及為了在合金之間構(gòu)成復合金屬而使料筒(1)和襯套(4)通過橫截面減小而變形。
9.制造尤其是按權(quán)利要求1至8之一所述之復合鋼工件或機器零件的方法,在此方法中料筒至少設一個孔,孔中設有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,它與料筒連接而構(gòu)成一種復合金屬,其特征為尤其是為了構(gòu)成一種塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在所需要的一個或幾個孔處,至少設一個芯體的料筒與此一個或幾個芯體一起在加溫下受到尤其是使橫截面減小的熱變形,從而使芯體橫截面成為非圓形,并在一個或幾個芯體內(nèi)加工一個或幾個孔。
10.制造尤其是按照權(quán)利要求1至8之一所述之復合鋼工件或機器零件的方法,此方法中料筒至少設一個孔,該孔中設有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,它與料筒連接而構(gòu)成一種復合金屬,其特征為尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在所需的一個或幾個孔的地方至少設一個芯體的料筒,它與此一個或幾個芯體一起在加溫下受到尤其是使橫截面減小的熱變形,從而使圓形的芯體相對于料筒中心偏心,或使圓形芯體處于相對于料筒外表面距離不同的位置,并在此芯體中加工一個或幾個孔。
11.按照權(quán)利要求9或10所述之方法,其特征為在芯體中的孔通過加工尤其是切削加工制成,例如鉆孔。
12.按照權(quán)利要求9至11之一所述之方法,其特征為在一個或幾個芯體中至少制造一個具有圓形的或中心對稱的或具有偶數(shù)對稱軸線的孔,例如互相搭接的圓形。
13.按照權(quán)利要求9至12之一所述之方法,其特征為在一個最好基本上具有正方形或圓形橫截面的料筒中構(gòu)成一個具有非圓形橫截面的孔,例如橢圓形、搭接的圓形等,孔中至少裝填一個芯體,帶芯體的料筒在加溫情況下,在盡可能好地保持外部橫截面形狀的條件下,橫截面有所變化,在一個或幾個裝在孔中的芯體中,鉆出所希望的一個或幾個孔。
14.按照權(quán)利要求9至12之一所述之方法,其特征為在一個尤其是矩形或圓形橫截面的料筒中,用芯體裝填一個圓形的、正方形的或矩形的孔,帶芯體的料筒在加溫下橫截面有所減少,由此使芯體變形成為一個非圓的例如近似為橢圓的形狀,接著在芯體中加工孔,特別是互相搭接的孔。
15.按照權(quán)利要求9至14之一所述之方法,其特征為加溫下橫截面的減小是在一個偶數(shù)的鍛壓次數(shù)下在一臺鍛壓機特別是縱向鍛壓機中產(chǎn)生的,每鍛一次后工件翻轉(zhuǎn)180°,也就是說在前后相繼的鍛壓時交換工件的首尾端。
16.按照權(quán)利要求15所述之方法,其特征為料筒在每兩次前后相繼的鍛壓時,橫截面的減小或變形程度基本上是相同的。
17.按照權(quán)利要求9至16之一所述之方法,其特征為在加熱變形時,在料筒的外側(cè)施加基本上均勻分布的變形力。
18.按照權(quán)利要求9至17之一所述方法,其特征為在橫截面減小后對料筒的外表面進行機械加工。
19.按照權(quán)利要求9至18之一所述之方法,其特征為料筒(1)由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的合金制成,例如結(jié)構(gòu)鋼或滲碳鋼;襯套(4)由一種可鍛造和可調(diào)質(zhì)處理的最好是耐磨和/或耐腐蝕的合金制成,例如萊氏體鉻鋼,最好含有不低于11%的鉻,特別是至少含14%鉻和至少1%碳,最好至少1.8或2.3%碳;以及為了在合金之間構(gòu)成復合金屬,料筒(1)和襯套(4)在加熱情況下通過橫截面減小而變形。
20.按照權(quán)利要求9至19之一所述之方法,其特征為在加熱變形的過程中,橫截面至少減小20%。
21.按照權(quán)利要求9至20之一所述之方法,其特征為橫截面減小是在溫度為1000至1260℃時,尤其通過鍛、軋或壓來進行。
22.按照權(quán)利要求9至21之一所述之方法,其特征為設有孔(3)的復合工件經(jīng)受了一次淬火和一次或多次回火。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合鋼工件和一種制造這種工件的方法,其中,料筒至少設一個孔,該孔中設有一個耐磨和/或耐腐蝕的襯套,它與料筒連接而構(gòu)成一種復合金屬。按照本發(fā)明,尤其是為了構(gòu)成塑料加工用的雙螺桿或多螺桿輸送機,在所需的一個或幾個孔的地方至少設一個芯體的料筒,它與此一個或幾個芯體一起在加溫下受到尤其是使橫截面減小的熱變形,從而給予一個或幾個芯體以一種非圓形的橫截面形狀,并在一個或幾個芯體中加工一個或幾個孔。
文檔編號B29C47/08GK1040339SQ8910409
公開日1990年3月14日 申請日期1989年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月20日
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